JP2011213500A - Method for producing carbon nanotube dispersion - Google Patents
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Landscapes
- Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
- Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
- Colloid Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブの分散性を高めることのできるカーボンナノチューブ分散液の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube dispersion capable of enhancing the dispersibility of carbon nanotubes.
カーボンナノチューブは、六角網目状のグラファイトシート(グラフェン)が円筒状をなした構造を有している。グラファイトシートの単層から形成されているものは、単層カーボンナノチューブ(SWNT)と呼ばれ、グラファイトシートの多層から形成されているものは多層カーボンナノチューブ(MWNT)と呼ばれている。こうしたカーボンナノチューブは、電気的物性、機械的物性、熱的物性等の物性が特異的であることから、様々な分野での応用が検討されている。カーボンナノチューブの適用例としては、例えば、導電性塗料や放熱性塗料といった機能性塗料、導電性樹脂材料や放熱性樹脂材料といった機能性樹脂材料等を挙げることができる。こうした機能性塗料、機能性樹脂材料等では、高強度の塗膜や成形品が得られるようになり、かつ、塗膜や成形品においては導電性、放熱性等の付加機能が発揮されるようになる。 The carbon nanotube has a structure in which a hexagonal mesh graphite sheet (graphene) has a cylindrical shape. Those formed from a single layer of graphite sheet are called single-walled carbon nanotubes (SWNT), and those formed from multiple layers of graphite sheet are called multi-walled carbon nanotubes (MWNT). Since such carbon nanotubes have specific physical properties such as electrical properties, mechanical properties, and thermal properties, their application in various fields is being studied. Examples of application of carbon nanotubes include functional paints such as conductive paints and heat dissipating paints, functional resin materials such as conductive resin materials and heat dissipating resin materials, and the like. With such functional paints and functional resin materials, high-strength coating films and molded products can be obtained, and additional functions such as conductivity and heat dissipation are exhibited in the coating films and molded products. become.
近年、粉体状のカーボンナノチューブが市販されているものの、こうした粉体状のカーボンナノチューブは凝集した状態であるため、その状態のカーボンナノチューブを他の材料に配合しても分散性を高めることは困難である。この点、カーボンナノチューブの分散技術は、カーボンナノチューブを各種分野で利用するに際して重要な技術である。こうした分散技術としては、カーボンナノチューブと分散媒との混合液に超音波を照射することが有効であるものの、カーボンナノチューブが断片化するといった問題があるとされている(特許文献1参照)。そこで、特許文献1では、超音波を照射する方法のみに依存せずに、カーボンナノチューブと分散媒とを含む混合液を高回転数で撹拌する高速撹拌する方法や、撹拌容器内を大気圧又は加圧状態として高速撹拌する方法を併用する分散技術が提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, although powdered carbon nanotubes are commercially available, such powdered carbon nanotubes are in an aggregated state, so that even if the carbon nanotubes in that state are blended with other materials, dispersibility can be improved. Have difficulty. In this regard, the carbon nanotube dispersion technique is an important technique when the carbon nanotube is used in various fields. As such a dispersion technique, although it is effective to irradiate a mixed liquid of carbon nanotubes and a dispersion medium with ultrasonic waves, there is a problem that the carbon nanotubes are fragmented (see Patent Document 1). Therefore, in Patent Document 1, without depending on only the method of irradiating ultrasonic waves, a high-speed stirring method in which a mixed liquid containing carbon nanotubes and a dispersion medium is stirred at a high rotational speed, or the inside of a stirring vessel is atmospheric pressure or A dispersion technique that uses a high-speed stirring method in a pressurized state has been proposed (see Patent Document 1).
超音波を照射する方法のみで、カーボンナノチューブを分散させようとしても限界がある。また、上述した特許文献1に記載されるような高速撹拌処理では、撹拌に伴う電力消費が高まる傾向にある。このように、撹拌条件を過酷な条件とすることは好適とは言えず、カーボンナノチューブの分散技術について未だ改善の余地を残している。 There is a limit in trying to disperse carbon nanotubes only by the method of irradiating ultrasonic waves. Moreover, in the high-speed stirring process as described in Patent Document 1 described above, power consumption associated with stirring tends to increase. Thus, it is not preferable to make the stirring conditions harsh, and there is still room for improvement in the carbon nanotube dispersion technology.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、撹拌条件を緩和しつつも、カーボンナノチューブの分散性を高めることのできるカーボンナノチューブ分散液の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon nanotube dispersion that can enhance the dispersibility of carbon nanotubes while relaxing the stirring conditions. .
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明のカーボンナノチューブ分散液の製造方法は、カーボンナノチューブと分散剤とを分散媒中にて撹拌することで混合液を得る撹拌工程と、前記混合液に超音波を照射する超音波照射工程とを含み、前記撹拌工程は、減圧下で実施されることを要旨とする。 In order to achieve the above object, the method for producing a carbon nanotube dispersion of the invention according to claim 1 includes a stirring step of stirring the carbon nanotube and the dispersant in a dispersion medium to obtain a mixed solution, And an ultrasonic wave irradiation step of irradiating the mixed solution with ultrasonic waves, and the stirring step is carried out under reduced pressure.
ここで、カーボンナノチューブが分散媒及び分散剤に対して接触する際に、例えば分散媒中に存在する空気やカーボンナノチューブの表面に付着している空気は、カーボンナノチューブと分散媒との親和性や分散剤の作用を低下させる要因と考えられる。上記の方法によれば、撹拌工程は減圧下で実施されるため、撹拌中において分散媒中の空気は低減されるようになる。これにより、カーボンナノチューブと分散媒との親和性が高まったり、分散媒中のカーボンナノチューブに対して分散剤が効率よく作用したりするようになると考えられる。この結果、カーボンナノチューブの分散性が高まると考えられる。 Here, when the carbon nanotubes come into contact with the dispersion medium and the dispersant, for example, the air present in the dispersion medium or the air attached to the surface of the carbon nanotubes has an affinity between the carbon nanotubes and the dispersion medium. This is considered to be a factor that reduces the action of the dispersant. According to the above method, since the stirring step is performed under reduced pressure, the air in the dispersion medium is reduced during stirring. Thereby, it is considered that the affinity between the carbon nanotubes and the dispersion medium is increased, and the dispersant acts efficiently on the carbon nanotubes in the dispersion medium. As a result, it is considered that the dispersibility of the carbon nanotube is enhanced.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液の製造方法において、前記分散剤として、セルロース系高分子を含むことを要旨とする。
上述した分散剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース等のセルロース系高分子が好適に用いられる。
The gist of the invention described in claim 2 is that, in the method for producing a carbon nanotube dispersion liquid described in claim 1, the cellulose-based polymer is included as the dispersant.
As the dispersant described above, for example, a cellulose polymer such as carboxymethyl cellulose is preferably used.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のカーボンナノチューブ分散液の製造方法において、前記分散媒は、水系分散媒であることを要旨とする。
ここで、カーボンナノチューブは、水系分散媒に対する親和性が得られ難いため、請求項3に記載したように、水系分散媒に対する分散性を高める点で極めて有利である。
Invention of Claim 3 makes it a summary for the manufacturing method of the carbon nanotube dispersion liquid of Claim 1 or Claim 2 that the said dispersion medium is an aqueous dispersion medium.
Here, the carbon nanotubes are extremely advantageous in terms of enhancing the dispersibility with respect to the aqueous dispersion medium as described in claim 3 since it is difficult to obtain affinity for the aqueous dispersion medium.
本発明によれば、撹拌条件を緩和しつつも、カーボンナノチューブの分散性を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the dispersibility of carbon nanotubes while relaxing the stirring conditions.
以下、本発明のカーボンナノチューブ分散液の製造方法を具体化した実施形態を詳細に説明する。
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液の製造方法は、カーボンナノチューブと分散剤とを分散媒中にて撹拌することで混合液を得る撹拌工程と、混合液に超音波を照射する超音波照射工程とを含む。撹拌工程は、減圧下で実施される。
Hereinafter, the embodiment which actualized the manufacturing method of the carbon nanotube dispersion liquid of the present invention is described in detail.
The method for producing a carbon nanotube dispersion according to the present embodiment includes a stirring step of stirring a carbon nanotube and a dispersant in a dispersion medium to obtain a mixed solution, and an ultrasonic irradiation step of irradiating the mixture with ultrasonic waves. including. The stirring step is performed under reduced pressure.
カーボンナノチューブ(CNT)は、六角網目状のグラファイトシート(グラフェン)が円筒状をなした構造を有している。カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ(SWNT)であってもよいし、多層カーボンナノチューブ(MWNT)であってもよい。また、フラーレンを内包したカーボンナノチューブであってもよい。カーボンナノチューブの製法としては、特に限定されず、例えばアーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長法等が挙げられる。 The carbon nanotube (CNT) has a structure in which a hexagonal mesh graphite sheet (graphene) has a cylindrical shape. The carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube (SWNT) or a multi-walled carbon nanotube (MWNT). Moreover, the carbon nanotube which included fullerene may be sufficient. The method for producing the carbon nanotube is not particularly limited, and examples thereof include an arc discharge method, a laser evaporation method, and a chemical vapor deposition method.
カーボンナノチューブの直径は、好ましくは1nm〜500nmの範囲である。カーボンナノチューブの直径に対する長さの比、すなわち、カーボンナノチューブのアスペクト比は、特に限定されないが、例えば10〜10000程度である。カーボンナノチューブの長さは、例えば0.1μm〜100μm程度である。 The diameter of the carbon nanotube is preferably in the range of 1 nm to 500 nm. The ratio of the length to the diameter of the carbon nanotube, that is, the aspect ratio of the carbon nanotube is not particularly limited, but is, for example, about 10 to 10,000. The length of the carbon nanotube is, for example, about 0.1 μm to 100 μm.
分散媒の種類は、特に限定されず、カーボンナノチューブ分散液の用途により適宜選択される。ここで、カーボンナノチューブは、水系分散媒に対する親和性が得られ難いため、そうした水系分散媒に対する分散性の向上についての要求が高まっている。こうした観点から、水系分散媒を分散媒として用いたカーボンナノチューブ分散液の製造において、本実施形態の製造方法は極めて有利である。 The type of the dispersion medium is not particularly limited and is appropriately selected depending on the use of the carbon nanotube dispersion. Here, since it is difficult for carbon nanotubes to have an affinity for an aqueous dispersion medium, there is an increasing demand for improving the dispersibility of such an aqueous dispersion medium. From this point of view, the production method of this embodiment is extremely advantageous in producing a carbon nanotube dispersion using an aqueous dispersion medium as a dispersion medium.
水系分散媒としては、水、水溶性有機溶剤、及びその水溶性有機溶剤と水との混合液が挙げられる。水溶性有機溶剤としては、例えばアルコール類、グリコール類、多価アルコール類、グリコールエーテル類、ケトン類、エステル類、アミド類、ハロゲン化炭化水素類、及びその他の水溶性有機溶剤が挙げられる。アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、及びオクタノールが挙げられる。 Examples of the aqueous dispersion medium include water, a water-soluble organic solvent, and a mixed liquid of the water-soluble organic solvent and water. Examples of the water-soluble organic solvent include alcohols, glycols, polyhydric alcohols, glycol ethers, ketones, esters, amides, halogenated hydrocarbons, and other water-soluble organic solvents. Examples of alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, and octanol.
グリコール類としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、及びヘキシレングリコールが挙げられる。 Examples of glycols include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, and hexylene glycol.
多価アルコール類としては、例えばグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、及びソルビトールが挙げられる。
グリコールエーテル類としては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、及びテトラエチレングリコールモノブチルエーテルが挙げられる。
Examples of the polyhydric alcohols include glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, and sorbitol.
Examples of glycol ethers include ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, tetraethylene glycol monoethyl ether. Examples include ethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, and tetraethylene glycol monobutyl ether.
ケトン類としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、及びシクロペンタノンが挙げられる。
エステル類としては、例えば酢酸エチル、γ−ブチルラクトン、及びε−プロピロラクトンが挙げられる。アミド類としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドンが挙げられる。ハロゲン化炭化水素類としては、例えばジクロロメタン、クロロホルム、及びジクロロエタンが挙げられる。その他の水溶性有機溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、アセトニトリル、及びプロピオニトリルが挙げられる。
Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, and cyclopentanone.
Examples of the esters include ethyl acetate, γ-butyllactone, and ε-propyrolactone. Examples of amides include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone. Examples of halogenated hydrocarbons include dichloromethane, chloroform, and dichloroethane. Other water-soluble organic solvents include tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, acetonitrile, and propionitrile.
これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
分散剤は、特に限定されず、例えば分散媒の種類、カーボンナノチューブの種類等に応じて適宜選択することができる。分散剤の具体例としては、例えば界面活性剤、及び水溶性高分子が挙げられる。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、及び両性界面活性剤が挙げられる。
These water-soluble organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
A dispersing agent is not specifically limited, For example, according to the kind of dispersion medium, the kind of carbon nanotube, etc., it can select suitably. Specific examples of the dispersant include a surfactant and a water-soluble polymer. Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant.
アニオン系界面活性剤としては、例えばカルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、及びリン酸エステル塩が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、例えばアルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルアンモニウム塩、及びアルキルジメチルベンジルアンモニウム塩が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、及びポリオキシエチレン脂肪酸エステルが挙げられる。両性界面活性剤としては、例えばベタイン両性界面活性剤、アミノ両性界面活性剤、及びイミダゾリン界面活性剤が挙げられる。 Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate ester salt, and phosphate ester salt. Examples of the cationic surfactant include alkyl trimethyl ammonium salt, alkyl dimethyl ammonium salt, and alkyl dimethyl benzyl ammonium salt. Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkylphenol ether, polyoxyethylene alkyl ether, and polyoxyethylene fatty acid ester. Examples of amphoteric surfactants include betaine amphoteric surfactants, amino amphoteric surfactants, and imidazoline surfactants.
水溶性高分子としては、例えばエーテル系高分子、ビニル系高分子、アクリルアミド系高分子、セルロース系高分子、及びでんぷん系高分子が挙げられる。エーテル系高分子としては、例えばポリエチレンオキサイドが挙げられる。ビニル系高分子としては、例えば
ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、及びポリビニルメチルエーテルが挙げられる。アクリルアミド系高分子としては、例えばポリアクリルアミドが挙げられる。セルロース系高分子としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースが挙げられる。でんぷん系高分子としては、例えば酸化でんぷん、ゼラチンが挙げられる。
Examples of the water-soluble polymer include ether polymers, vinyl polymers, acrylamide polymers, cellulose polymers, and starch polymers. Examples of the ether-based polymer include polyethylene oxide. Examples of the vinyl polymer include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and polyvinyl methyl ether. Examples of the acrylamide polymer include polyacrylamide. Examples of the cellulose polymer include methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and carboxymethylcellulose. Examples of the starch-based polymer include oxidized starch and gelatin.
これらの分散剤は、単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、分散剤は、塩として配合してもよい。分散剤の中でも、例えばセルロース系高分子が好適に用いられる。 These dispersants may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may mix | blend a dispersing agent as a salt. Among the dispersants, for example, a cellulose-based polymer is preferably used.
撹拌工程では、カーボンナノチューブ、分散剤、及び分散媒以外の成分として、例えば酸化防止剤、粘度調整剤、消泡剤、紫外線吸収剤、着色剤等の各種添加剤を配合してもよい。 In the stirring step, various additives such as an antioxidant, a viscosity modifier, an antifoaming agent, an ultraviolet absorber, and a colorant may be blended as components other than the carbon nanotubes, the dispersant, and the dispersion medium.
カーボンナノチューブに対する分散媒の配合量は、カーボンナノチューブ1質量部に対して、例えば50〜10000質量部の範囲とされる。また、カーボンナノチューブに対する分散剤の配合量は、カーボンナノチューブ1質量部に対して、例えば0.1〜100質量部の範囲とされる。 The blending amount of the dispersion medium with respect to the carbon nanotubes is, for example, in the range of 50 to 10,000 parts by mass with respect to 1 part by mass of the carbon nanotubes. Moreover, the compounding quantity of the dispersing agent with respect to a carbon nanotube shall be the range of 0.1-100 mass parts with respect to 1 mass part of carbon nanotubes.
撹拌工程では、上述したカーボンナノチューブ、及び分散剤を分散媒中で混合する。ここで、カーボンナノチューブが分散媒及び分散剤に対して接触する際に、例えば分散媒中に存在する空気やカーボンナノチューブの表面に付着している空気は、カーボンナノチューブと分散媒との親和性や分散剤の作用を低下させる要因と考えられる。 In the stirring step, the above-described carbon nanotubes and a dispersant are mixed in a dispersion medium. Here, when the carbon nanotubes come into contact with the dispersion medium and the dispersant, for example, the air present in the dispersion medium or the air attached to the surface of the carbon nanotubes has an affinity between the carbon nanotubes and the dispersion medium. This is considered to be a factor that reduces the action of the dispersant.
この点、撹拌工程を減圧下で実施することで、撹拌中において分散媒中の空気は低減されるようになる。これにより、カーボンナノチューブと分散媒との親和性が高まったり、分散媒中のカーボンナノチューブに対して分散剤が効率よく作用したりするようになると考えられる。この結果、カーボンナノチューブの分散性が高まると考えられる。 In this regard, by carrying out the stirring step under reduced pressure, the air in the dispersion medium is reduced during stirring. Thereby, it is considered that the affinity between the carbon nanotubes and the dispersion medium is increased, and the dispersant acts efficiently on the carbon nanotubes in the dispersion medium. As a result, it is considered that the dispersibility of the carbon nanotube is enhanced.
撹拌工程で用いる撹拌装置としては、特に限定されず、プロペラ式の撹拌羽根を有する撹拌装置の他に、ホモジナイザー、スパイラルミキサー、プラネタリーミキサー、ボールミル、ニーダー等が挙げられる。本実施形態の撹拌工程は、減圧下で実施することで、カーボンナノチューブの分散性を高める方法であるため、撹拌条件を緩和することができるようになる。このため、例えばプロペラ式の撹拌装置を用いて回転数を比較的遅くしても、十分な分散性が得られるようになる。撹拌装置の回転数としては、例えば50〜500回転/分であり、撹拌時間としては、例えば5分間〜30分間の範囲とすることができる。 The stirring device used in the stirring step is not particularly limited, and examples thereof include a homogenizer, a spiral mixer, a planetary mixer, a ball mill, and a kneader in addition to a stirring device having a propeller type stirring blade. Since the stirring step of the present embodiment is a method for improving the dispersibility of the carbon nanotubes by carrying out under reduced pressure, the stirring conditions can be relaxed. For this reason, sufficient dispersibility can be obtained even if the rotational speed is relatively slow using, for example, a propeller type stirring device. The rotation speed of the stirring device is, for example, 50 to 500 rotations / minute, and the stirring time can be, for example, in the range of 5 minutes to 30 minutes.
撹拌工程は、減圧下で実施されることで、カーボンナノチューブ、分散剤及び分散媒を含む混合液の脱気が進行される。ここで、撹拌工程における減圧下とは、大気圧よりも低い圧力条件をいう。撹拌工程で用いる減圧装置としては、例えば真空ポンプ、アスピレーター等が挙げられる。撹拌工程における圧力は、好ましくは50kPa以下であり、より好ましくは30kPa以下であり、さらに好ましくは20kPa以下である。なお、圧力の下限は例えば5kPa以上であることが好ましい。なお、撹拌工程では、分散媒の沸騰や凝固を防止するという観点から、混合液の温度調整を行ってもよい。例えば、圧力に応じて、分散媒の沸点以下、かつ、分散媒の凝固点以上の温度範囲に調整することで、撹拌工程を実施することが容易となる。 By performing the stirring step under reduced pressure, degassing of the mixed liquid containing the carbon nanotubes, the dispersant, and the dispersion medium proceeds. Here, under reduced pressure in the stirring step refers to a pressure condition lower than atmospheric pressure. Examples of the decompression device used in the stirring step include a vacuum pump and an aspirator. The pressure in the stirring step is preferably 50 kPa or less, more preferably 30 kPa or less, and further preferably 20 kPa or less. In addition, it is preferable that the minimum of a pressure is 5 kPa or more, for example. In the stirring step, the temperature of the mixed liquid may be adjusted from the viewpoint of preventing the dispersion medium from boiling and coagulating. For example, according to the pressure, the stirring step can be easily performed by adjusting the temperature range below the boiling point of the dispersion medium and above the freezing point of the dispersion medium.
超音波照射工程では、混合液に超音波を照射することで分散媒中のカーボンナノチューブの分散を促進させる。超音波の照射条件は、特に限定されないが、例えば周波数10kHz〜150kHzの範囲であり、振幅は、例えば5〜100μmの範囲であり、照射時間は、例えば1〜300分の範囲である。なお、超音波照射工程では、分散媒の揮発を抑制するという観点から、混合液の温度調整を行ってもよい。超音波発生装置としては、例えば超音波ホモジナイザー等として市販されているものを用いることができる。 In the ultrasonic irradiation step, the dispersion of the carbon nanotubes in the dispersion medium is promoted by irradiating the mixed liquid with ultrasonic waves. Although the ultrasonic irradiation conditions are not particularly limited, for example, the frequency is in the range of 10 kHz to 150 kHz, the amplitude is in the range of 5 to 100 μm, for example, and the irradiation time is in the range of 1 to 300 minutes, for example. In the ultrasonic irradiation step, the temperature of the mixed solution may be adjusted from the viewpoint of suppressing the volatilization of the dispersion medium. As an ultrasonic generator, what is marketed as an ultrasonic homogenizer etc. can be used, for example.
撹拌工程及び超音波照射工程を通じて得られた分散液の用途は、特に限定されず、例えば塗料、接着剤、潤滑剤、インク、電池用添加剤、コンクリート又はモルタル用添加剤、繊維バインダー用添加剤を挙げることができる。 The use of the dispersion obtained through the stirring step and the ultrasonic irradiation step is not particularly limited. For example, paint, adhesive, lubricant, ink, battery additive, concrete or mortar additive, fiber binder additive. Can be mentioned.
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
(1)本実施形態のカーボンナノチューブ分散液の製造方法は、カーボンナノチューブと分散剤とを分散媒中にて撹拌することで混合液を得る撹拌工程と、混合液に超音波を照射する超音波照射工程とを含む。撹拌工程が減圧下で実施されるため、カーボンナノチューブの分散性を高めることができるようになる。
The effects exhibited by this embodiment will be described below.
(1) The method for producing a carbon nanotube dispersion of this embodiment includes a stirring step of obtaining a mixed solution by stirring carbon nanotubes and a dispersing agent in a dispersion medium, and an ultrasonic wave that irradiates the mixed solution with ultrasonic waves. Irradiation step. Since the stirring step is performed under reduced pressure, the dispersibility of the carbon nanotubes can be improved.
(2)撹拌工程において配合される分散剤としては、例えばセルロース系高分子が好適に用いられる。
(3)カーボンナノチューブは、水系分散媒に対する親和性が得られ難いため、本実施形態の製造方法は、水系分散媒に対する分散性を高める点で極めて有利である。
(2) As a dispersing agent mix | blended in a stirring process, a cellulose polymer is used suitably, for example.
(3) Since it is difficult for carbon nanotubes to obtain an affinity for an aqueous dispersion medium, the production method of this embodiment is extremely advantageous in terms of enhancing the dispersibility for an aqueous dispersion medium.
なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・前記撹拌工程は、ほぼ一定の圧力を維持しながら行ってもよいし、圧力を変化させながら行ってもよい。例えば、撹拌工程は、圧力を徐々に降下させて行うことで、分散媒の沸騰を防止することが容易となる。
In addition, the said embodiment can also be changed and comprised as follows.
The stirring step may be performed while maintaining a substantially constant pressure or may be performed while changing the pressure. For example, it is easy to prevent the dispersion medium from boiling by performing the stirring step while gradually reducing the pressure.
・前記撹拌工程の前工程として、大気圧下、又は大気圧よりも高い圧力下による撹拌を行ってもよい。
・前記超音波照射工程を実施するに際して、圧力の条件は特に限定されない。なお、超音波照射工程についても、撹拌工程と同様に減圧下で行ってもよい。
-As a pre-process of the said stirring process, you may stir under atmospheric pressure or the pressure higher than atmospheric pressure.
-When performing the said ultrasonic irradiation process, the conditions of a pressure are not specifically limited. Note that the ultrasonic irradiation step may be performed under reduced pressure as in the stirring step.
次に、上記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
(イ)前記撹拌工程は、プロペラ式の撹拌装置を用いて500回転/分以下の回転数で実施されるカーボンナノチューブ分散液の製造方法。このように、撹拌条件を緩和することができる。
Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment will be described below.
(A) The said stirring process is a manufacturing method of the carbon nanotube dispersion liquid implemented by the rotation speed of 500 rotations / min or less using a propeller-type stirring apparatus. In this way, the stirring conditions can be relaxed.
(ロ)前記撹拌工程における圧力が50kPa以下であるカーボンナノチューブ分散液の製造方法。 (B) A method for producing a carbon nanotube dispersion in which the pressure in the stirring step is 50 kPa or less.
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
カーボンナノチューブ(昭和電工株式会社製、商品名:VGCF−S)及び分散剤としてのカルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム株式会社製、商品名:CMC1105)を分散媒としてのイオン交換水に配合し、8kPaの減圧下で、プロペラミキサー(シンポ工業社製、商品名:NRXM−200B)を用いて撹拌することで、撹拌工程を実施することで混合液を調製した。なお、混合液中におけるカーボンナノチューブの含有量は、1質量%であるとともに、分散剤の含有量は1質量%である。また、撹拌の条件は、190回転/分、10分間とした。
Next, the embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
Example 1
Carbon nanotubes (manufactured by Showa Denko KK, trade name: VGCF-S) and carboxymethyl cellulose as a dispersant (trade name: CMC1105, trade name: CMC1105) are blended in ion-exchanged water as a dispersion medium, and a reduced pressure of 8 kPa. Below, the liquid mixture was prepared by implementing a stirring process by stirring using a propeller mixer (The product name: NRXM-200B by the simpo industry company). In addition, while content of the carbon nanotube in a liquid mixture is 1 mass%, content of a dispersing agent is 1 mass%. The stirring conditions were 190 rpm / minute and 10 minutes.
撹拌工程により得られた混合液を、超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製、US−1200CVR)を用いて、周波数20kHz、振幅50μm、120分間の条件で超音波を照射することで、超音波照射工程を実施した。 By irradiating the mixed solution obtained by the stirring process with ultrasonic waves using an ultrasonic homogenizer (manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd., US-1200CVR) under the conditions of a frequency of 20 kHz, an amplitude of 50 μm, and 120 minutes, An irradiation process was performed.
得られたカーボンナノチューブ分散液の粒度分布をレーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社島津製作所製、商品名:SALD−2000J)にて測定した。この粒度分布から算出される平均粒子径を表1に示している。 The particle size distribution of the obtained carbon nanotube dispersion was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: SALD-2000J). Table 1 shows the average particle size calculated from the particle size distribution.
(比較例1)
比較例1では、撹拌工程を大気圧下で行なった以外は実施例1と同様にして、カーボンナノチューブ分散液を製造した。このカーボンナノチューブ分散液についても、実施例1と同様にして粒度分布から平均粒子径を算出した。その結果を表1に示している。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a carbon nanotube dispersion was produced in the same manner as in Example 1 except that the stirring step was performed under atmospheric pressure. For this carbon nanotube dispersion, the average particle size was calculated from the particle size distribution in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(分散安定性の評価)
各例のカーボンナノチューブ分散液を23℃の温度条件下で5時間静置した後、カーボンナノチューブの沈殿の有無について目視で観察した。その結果を表1に示している。
(Evaluation of dispersion stability)
The carbon nanotube dispersion liquid of each example was allowed to stand at a temperature of 23 ° C. for 5 hours, and then visually observed for the presence or absence of carbon nanotube precipitation. The results are shown in Table 1.
Claims (3)
前記混合液に超音波を照射する超音波照射工程とを含み、
前記撹拌工程は、減圧下で実施されることを特徴とするカーボンナノチューブ分散液の製造方法。 An agitation step of obtaining a mixed liquid by agitating the carbon nanotube and the dispersant in the dispersion medium;
An ultrasonic irradiation step of irradiating the mixture with ultrasonic waves,
The method for producing a carbon nanotube dispersion liquid, wherein the stirring step is performed under reduced pressure.
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